Имитационные модели для создания и эксплуатации ракетно-космических комплексов

Стр.2

Стр.3

Стр.4

Стр.5

УДК 629.78(075) ББК 39.62я7 А745 Рецензенты: д-р техн. наук, проф. И. В. Б е л о к о н о в, д-р техн. наук, проф. П. К. К у з н е ц о в Аншаков, Геннадий Петрович А745 Имитационные модели для создания и эксплуатации ракетно-космических комплексов: учебное пособие / Г.П. Аншаков, Д.А. Баранов, С.Л. Сафронов. – Самара: Издательство Самарского университета, 2023. – 184 с.: ил. ISBN 978-5-7883-1955-1 Представлено описание некоторых имитационных моделей различного типа, описывающих функционирование ракетно-космической техники на разных этапах жизненного цикла. В качестве примера дается описание моделей, имеющих отношение к ракетам-носителям, а также к космических аппаратам дистанционного зондирования Земли. Предназначено для подготовки студентов, обучающихся по специальности 24.05.01 Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов. Может быть полезно аспирантам и преподавателям, занимающимся научно-исследовательской работой в данной предметной области. Подготовлено на кафедре космического машиностроения имени генерального конструктора Д.И. Козлова Самарского университета. УДК 629.78(075) ББК 39.62я7 ISBN 978-5-7883-1955-1 © Самарский университет, 2023 2

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ..............................................................................................6 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ ......................................7 ВЕДЕНИЕ ....................................................................................................... 10 1 Этапы создания изделий ракетно-космической техники ........................ 13 1.1 Жизненные циклы изделий ракетно-космической техники, перечень этапов................................................................................... 13 1.2 Порядок создания ракетно-космической техники и их составных частей ................................................................................................... 14 2 Имитационные модели, используемые при создании изделий ракетнокосмической техники ..................................................................................... 16 2.1 Модели жизненного цикла изделий ракетно-космической техники ................................................................................................ 16 2.1.1 Состав моделей жизненного цикла .......................................... 16 2.1.2 Аванпроект (техническое предложение) ................................. 17 2.1.3 Разработка эскизного проекта. ................................................. 20 2.1.4 Разработка рабочей документации на опытные изделия комплекса и макеты ...................................................................... 20 2.1.5 Изготовление макетов и опытных изделий комплекса, автономные испытания и корректировка рабочей документации ................................................................................ 21 2.1.6 Изготовление опытных изделий комплекса, комплексные испытания, межведомственные испытания и корректировка рабочей документации .................................................................. 22 2.1.7 Летные испытания ..................................................................... 24 2.2 Модели организационные ................................................................. 25 2.2.1 Основные определения.............................................................. 25 2.2.2 Состав космического комплекса .............................................. 27 2.2.3 Сквозной график и план-график создания .............................. 30 2.3 Модели физические ............................................................................ 35 2.4 Модели математические .................................................................... 37 2.4.1 Основные определения.............................................................. 37 2.4.2 Основные этапы математического моделирования ................ 40 3

Стр.3

2.5 Модели компьютерные ...................................................................... 44 2.5.1 Основные положения ................................................................ 44 2.5.2 Конечно-элементное моделирование ....................................... 47 2.5.3 Имитационное моделирование ................................................. 50 2.5.4 Проблемно-ориентированные системы ................................... 52 3 Проектные модели разработки ракеты-носителя ..................................... 58 3.1 Модель реактивного движения ......................................................... 58 3.1.1 Уравнение Мещерского ............................................................ 58 3.1.2. Формула Циолковского ............................................................ 60 3.2 Основные числовые показатели в задачах проектирования ракет-носителей .................................................................................. 61 3.3 Потребная характеристическая скорость ......................................... 64 3.4 Алгоритм определения массовых характеристик ракет-носителей .................................................................................. 67 3.4.1 Алгоритм определения массовых характеристик из условий обеспечения минимальной стартовой массы .............................. 67 3.4.2 Алгоритм определения массовых характеристик с использованием метода Монте-Карло ........................................ 71 3.4.3 Алгоритм оптимального распределения масс, как задача математического программирования .......................................... 73 3.4.4 Алгоритм выбора массовых характеристик методом Монте-Карло путем случайного перераспределения характеристической скорости по ступеням ................................ 76 3.4.5 Алгоритм оптимального распределения масс для ракет с тандемно-пакетной схемой соединения блоков ...................... 78 3.4.6 Выводы по подразделу .............................................................. 82 3.5 Динамическая модель упругих изгибных колебаний ракетносителей и космических аппаратов как балочных конструкций .. 84 3.5.1 Уравнения частот и корни уравнений для различных типов закрепления концов балки ............................................................ 84 3.5.2 Алгоритм расчета форм и частот для балок с переменными по длине жесткостными и массовыми характеристиками ........ 87 4

Стр.4

4 Модели функционирования космического аппарата дистанционного зондирования Земли .................................................................................... 101 4.1 Моделирование бортовой аппаратуры и компоновка ................... 101 4.1.1 Основы анализа пространственной компоновки с использованием R-функции ....................................................... 101 4.1.2 Твердотельные модели бортовой аппаратуры и космического аппарата в первом приближении. Компоновка космического аппарата ....................................................................................... 114 4.1.3 Инженерная модель бортовой аппаратуры, разработанная на основе габаритного чертежа ...................................................... 122 4.1.4 Инженерная модель космического аппарата, разработанная под руководством принципов нисходящего проектирования. 126 4.2 Моделирование энергобаланса космического аппарата дистанционного зондирования Земли ............................................. 135 4.2.1 Схема функционирования космического аппарата и циклограмма энергопотребления .............................................. 135 4.2.2 Математическая модель системы электропитания ............... 139 4.2.3 Модель энергобаланса ............................................................. 141 4.2.4 Моделирование энергобаланса ............................................... 143 4.3 Автоматизированная система управления ..................................... 153 4.3.1 Основные сведения .................................................................. 153 4.3.2 Автоматизированная система управления космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли типа «Ресурс» ....................................................................................... 155 4.3.3 Особенности формирования программ управления ............. 167 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................ 179 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ................................... 180 5

Стр.5